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大連化物所開發出基于Mn2+/MnO2可逆雙電子溶解-沉積型反應的鋅錳液流電池
2020-1-6 11:20:21

  近日,中國科學院大連化學物理研究所儲能技術研究部(DNL17)研究員李先鋒、張華民團隊開發出一種基于雙電子轉移、沉積-溶解型反應的錳基正極電對,并將上述電對應用于中性鋅錳液流電池當中,大幅提高了電池的可靠性。該工作為開發新一代二次錳基電池提供了新思路。
  錳基電池因資源儲量豐富、成本低廉以及環境友好等優勢受到廣泛關注。但循環穩定性差等問題一直制約著錳基電池的發展。該團隊提出的錳基電對以Mn(Ac)2作為活性物質,由于Ac-的配位作用,在充

電過程中,Mn(Ac)2通過氧化反應以MnO2的形式沉積在電極上,在放電過程中溶解為Mn(Ac)2;與其它錳鹽(MnSO4或MnCl2)部分或者全部生成Mn3+的機理完全不同,該反應可以完全避免Mn3+的歧化副

反應問題,從而大大提高了電對的穩定性和可逆性。
  上述MnO2/Mn
2+反應實現的根本原因在于Mn(Ac)2生成MnO2的過程中伴隨生成HAc,而HAc的吉

布斯自由能遠低于游離H+(MnSO4或MnCl2在電化學反應過程中生成H+),從而整體降低了該反應的電位,避免了Mn2+/Mn3+反應的發生。另外,與常見的鋅離子電池的嵌入/脫出機理相比,溶解/沉積反應

有效避免了正極在充放電過程中所發生的相變和結構坍塌等問題,從而大大提高了正極的穩定性。組裝的中性鋅錳液流電池測試結果表明,MnO2可以均勻地沉積在正極的碳纖維上,其面積容量可達20mAh/cm2,這是目前報道的最大值,并且MnO2在放電的過程中可以完全溶解,電化學反應的可逆性

很高。與傳統的堿性鋅錳體系相比,中性電解液體系沒有腐蝕性,并且還能有效地避免負極鋅枝晶的問題。在電流密度40mA/cm2下,鋅錳液流電池可以穩定地運行超過400次循環,并且庫倫效率可達

99%,能量效率可達78%。
  相關研究成果發表于《能源環境科學》上,以上工作得到國家自然科學基金、中科院STS項目等支持。

大連化物所開發出基于Mn2+/MnO2可逆雙電子溶解-沉積型反應的鋅錳液流電池

  來源:大連化學物理研究所


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